实验一 MATLAB 环境的熟悉与基本运算一、实验目的及要求1．熟悉MATLAB 的开发环境；2．掌握MATLAB 的一些常用命令； 3．掌握矩阵、变量、表达式的输入方法及各种基本运算。

二、实验内容1.熟悉MATLAB 的开发环境：① MATLAB 的各种窗口：命令窗口、命令历史窗口、工作空间窗口、当前路径窗口。

②路径的设置：建立自己的文件夹，加入到MATLAB 路径中，并保存。

设置当前路径，以方便文件管理。

2.学习使用clc 、clear ，了解其功能和作用。

3.矩阵运算：已知:A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8]; 求:A*B 、A.*B ，并比较结果。

4.使用冒号选出指定元素:已知:A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]; 求:A 中第3列前2个元素；A 中所有列第2，3行的元素；5.在MATLAB 的命令窗口计算:1) )2sin(π 2) 5.4)4.05589(÷⨯+6.关系及逻辑运算1)已知:a=[5:1:15]; b=[1 2 8 8 7 10 12 11 13 14 15]，求: y=a==b ，并分析结果2)已知:X=[0 1;1 0]; Y=[0 0;1 0]，求: x&y+x>y ，并分析结果7.文件操作1)将0到1000的所有整数，写入到D 盘下的文件2)读入D 盘下的文件，并赋给变量num8.符号运算1)对表达式f=x 3-1 进行因式分解2)对表达式f=（2x 2*(x+3)-10)*t ，分别将自变量x 和t 的同类项合并3）求3(1)x dz z +⎰三、实验报告要求完成实验内容的3、4、5、6、7、8，写出相应的程序、结果实验二 MATLAB 语言的程序设计一、实验目的1、熟悉 MATLAB 程序编辑与设计环境2、掌握各种编程语句语法规则及程序设计方法3、函数文件的编写和设计4、了解和熟悉变量传递和赋值二、实验内容1．编写程序，计算1+3+5+7+…+(2n+1)的值（用input 语句输入n 值）。

2．编写分段函数 ⎪⎩⎪⎨⎧≤≤-<≤=其它021210)(x x x x x f 的函数文件，存放于文件中，并求)3(-f ，)2(f ，)(∞f 的值。

3．用 for 循环语句实现编写一个求n 阶乘的函数文件1、函数文件设计： 设计一个函数文件实现一个阶乘运算 n n n n y ⨯-⨯⨯⨯⨯==)1(321!)( ， 并设计程序调用该函数。

为保证函数的通用性，当输入负数或小数时，显示出错提示：disp('Input parameter must be a positive integer!')提示：fix(x) 对零方向取整数ceil(x) 对+∞方向取整数round(x) 四舍五入取整数4．找到一个 n!> 10100 的值（利用上题的n 阶乘函数文件）5．已知一维数组 A = [2,4,5,8,10]、B =[4,9,6,7,4]，用for 循环语句实现∑=+-n i i n i B A 11，求和函数可用sum()6．编写验证魔方矩阵的函数文件，输出要求如下：（1） 如果输入矩阵的维数小于3，输出显示’error’（2）如果输入矩阵的不是方阵，输出显示’the size of matrix X must be N-by-N matrix’（3）显示行、列和及其对角线求和后的值，并判断其和是否相同。

若不同，显示‘No’,相同显示‘Yes’。

三、实验报告要求在M 文件编辑器中，编写程序代码并调试实验三 MATLAB 的图形绘制一、实验目的及要求：1.掌握MATLAB 绘图的基本方法，熟悉各种绘图函数的使用；2.掌握图形的修饰方法和标注方法；3.了解MATLAB 中图形窗口的操作。

二、实验内容：x=［－2π，2π］，y1=sinx、y2=cosx、y3=sin2x、y4=cos 2x①用MATLAB语言分四个区域分别绘制的曲线，并且对图形标题及横纵坐标轴进行标注（如下图所示）。

图2 四分区绘制曲线②另建一个窗口，不分区，用不同颜色、线型绘出四条曲线，并标注图例注解。

图3 同一窗口绘制多条曲线③绘制三维曲线：⎪⎩⎪⎨⎧=≤≤==)cos()sin()200()cos()sin(t t t z t t y t x π 三、实验报告要求：写出相应的的程序及上机结果。

实验四 控制系统的模型及其转换一、实验目的及要求1、掌握建立控制系统模型的函数及方法；2、掌握控制系统模型间的转换方法及相关函数；3、熟悉控制系统模型的连接方法；4、掌握典型系统模型的生成方法。

二、实验内容1、已知两个传递函数分别为：s s x G s x G +=+=22132)(,131)(①在MATLAB 中分别用传递函数、零极点表示； ②在MATLAB 中分别求出通过反馈、串联、并联后得到的系统模型；2、系统的模型为)523()1()66)(2(4)(2332+++++++=s s s s s s s s s G 试建立系统的传递函数模型。

3、已知单输入双输出系统的零极点模型3(12)4(5)(3)G()(3)(4)(5)s s s s s s s +⎡⎤⎢⎥++⎣⎦=+++建立系统的零极点模型。

4. 控制系统模型的转换将2的模型转换为零极点模型将3的模型转换为传递函数模型三、实验报告要求写出程序及上机的结果。

实验五 SIMULINK 基本操作一、实验目的学会SIMULINK 仿真基本操作二、实验内容1、打开Simulink Library Browser 窗口，练习功能模块的基本操作。

2、通过示波器观察1MHz ，幅度为15mV 的正弦波和100KHz ，幅度为5mV 的正弦波相乘的结果。

写 出数学表达式。

通过使用三踪示波器同时观察1MHz 、100KHz 正弦波以及相乘的结果。

注意设置仿真参 数和示波器的扫描参数和幅度显示参数。

3、系统开环传递函数)5(25 s s ,求系统单位负反馈闭环单位阶跃响应曲线。

4、学习构建SIMULINK 子系统。

构建一个子系统，使得它具有将输入信号m(t)（如一个100Hz 的 正弦波）和一个常数C 相加后再和一个1000Hz 的幅度为A 的正弦波相乘的功能：y(t)=A(m(t)+C) sin (2*pi*f*t) ，其中f=1000 Hz 。

保存为。

用sim 指令在命令空间启动模型进行仿真：在Matlab 命令空间中用语 句对参数A, C, f 进行设置，并对采用命令open 打开，采用sim 指令进行仿真。

请给出指令语句。

三、实验报告要求写出程序及上机的结果。

实验六 控制系统的时域分析一、 实验目的利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性；二、 实验内容(一) 稳定性1. 系统传函为()27243645232345234+++++++++=s s s s s s s s s s G ，试判断其稳定性。

2. 用Matlab 求出253722)(2342++++++=s s s s s s s G 的极点，判断稳定性。

（二）阶跃响应 典型二阶系统：222()2n n nG s s s ωζωω=++ 要求：1）在Matlab 环境下，编程绘制出当Wn=6，2.1,04,.3.0,2.0,1.0=ζ时，二阶系统的单位阶跃响应曲线并分析ζ的变化对控制系统输出的影响；2）在Matlab 环境下，编程绘制出7.0=ζ，Wn=2、4、6、8、10、12时，系统的单位阶跃响应曲线并说明Wn 的变化对系统输出有何影响。

（三）系统动态特性分析 用编程方式求二阶系统12012120)(2++=s s s G 阶跃响应的峰值时间p t ，上升时间r t ，调整时间s t ，超调量%σ。

(1)在Simulink 集成环境下建立模型，在给定信号作用点处输入单位给定阶跃响应信号，秒后在扰动信号点输入单位阶跃响应信号。

并绘制相应的响应曲线。

(2)计算仿真结果的超调量、上升时间、峰值时间、稳态误差。

三、 实验报告要求：1)完成上述各题2)分析零极点对系统性能的影响3)分析阻尼比ζ、振荡频率Wn 对系统阶跃响应的影响实验七 控制系统的频域分析一、实验目的1. 利用计算机作出开环系统的波特图2. 观察记录控制系统的开环频率特性3. 控制系统的开环频率特性分析二、实验内容：1、绘制典型二阶系统的Bode 图222()2n n n G s s s ωζωω=++要求：在Matlab 环境下，以ζ为参变量，编程绘制该系统的对数频率特性曲线（Bode 图），并从Bode 图中找出二阶系统由于ζ的变化对其Bode 图有何影响图形有哪些变化图形与ζ的对应关系（在图中对应的标注出来）2、某控制系统的开环传递函数为90(5)()()(0.6)(10)(60)s G s H s s s s s +=+++要求：在Matlab 环境下，编程绘制该系统的开环Bode 图，并通过Bode 图判断该闭环系统的稳定性。

若闭环系统稳定，则从图中求出系统的幅值裕度Kg 、相位裕度γ 3、某控制系统的开环传递函数为：42()()(6)(3)G s H s s s =+-要求：1）绘制开环系统的nyquist 图，并判断闭环系统的稳定性；求出系统的单位冲激响应； 2) 若给系统增加一个s=1的开环极点(p=2), 绘制此时的nyquist 图，判别此时闭环系统的稳定性；并求出系统的单位冲激响应；3）若给系统增加一个开环极点p=2的同时再增加一个开环零点z=0, 绘制此时的nyquist 图, 判别此时闭环系统的稳定性；并求出系统的单位冲激响应。

三、实验报告要求： 1)完成上述各题2）分析幅值裕度Kg 、相位裕度γ的物理意义。

实验八 控制系统PID 校正器设计法一、实验目的1、熟悉常规 PID 控制器的设计方法2、掌握 PID 参数的调节规律3、学习编写程序求系统的动态性能指标二、相关知识——临界比例度法（边界稳定法）用系统的等幅振荡曲线来整定控制器的参数。

先测出系统处于闭环状态下对象的等幅振荡曲线，根据等幅振荡曲线定出一些能反映控制对象动态特性的参数，具体做法是将比例增益K(或比例度δ=1/K)调在比较小的位置上（对应δ为比较大位置上），逐渐增大K 值（或逐渐减小δ），直到出现等幅振荡曲线，此时的比例增益为Km ，称为临界比例增益，m m K /1=δ 称为临界比例度。

从振荡曲线上读出临界周期Tm 。

根据得到的Km （或m δ）、Tm 两个参数，利用下表来计算控制器的控制参数。

三、实验内容1、在SIMULINK 窗口建立如下页模型。

2、设计PID 控制器，传递函数模型如下]11[)(s T sT K s G D i p c ++=3、修改PID 参数，、、d i p T T K 讨论参数对系统的影响4、利用临界比例度法(即：稳定边界法)对PID 参数d i p T T K 、、校正设计。